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MPEG-2 （ ITUの定義ではH.222/H.262とも呼ばれる）は、「動画および関連する音声情報の汎用コーディング」の標準規格である。 [1]これは、非可逆 ビデオ圧縮と非可逆 オーディオデータ圧縮の組み合わせを規定しており、現在利用可能なストレージメディアと伝送帯域幅を使用して映画の保存と伝送を可能にする。MPEG-2は、 H.264/AVCやH.265/HEVCなどの新しい標準ほど効率的ではないが、既存のハードウェアおよびソフトウェアとの下位互換性があるため、無線デジタルテレビ放送やDVDビデオ標準などで依然として広く使用されている。
主な特徴
MPEG-2 は、地上波(無線)、ケーブル、直接衛星放送システムで放送されるデジタル テレビ信号の形式として広く使用されています。また、 DVDや類似のディスクで配信される映画やその他のプログラムの形式も規定しています。テレビ局、テレビ受信機、DVD プレーヤー、その他の機器は、多くの場合、この標準に従って設計されています。MPEG-2 は、Moving Pictures Expert Group ( MPEG ) によって開発されたいくつかの標準のうちの 2 番目であり、国際標準 ( ISO / IEC 13818、タイトルは「情報技術 - 動画および関連オーディオ情報の一般的なコーディング」) です。MPEG-2 のパート 1 と 2 はITU-Tとの共同作業で開発され、ITU-T 勧告シリーズでそれぞれカタログ番号が付けられています。
MPEG-2 はほとんどのデジタルテレビや DVD フォーマットの中核ですが、これらを完全に規定しているわけではありません。地域の機関は、標準の一部を制限したり拡張したりすることで、ニーズに合わせて調整することができます。ビデオ プロファイルとレベルを参照してください。
システム
MPEG-2 Part 1 (ISO/IEC 13818-1 および ITU-T Rec. H.222.0 [2] [3] ) は、「システム」というタイトルで、2 つの異なるが関連するコンテナ形式を定義しています。1 つはトランスポート ストリームで、デジタル ビデオおよびオーディオを固定または移動伝送媒体 (無線周波数、ケーブル、リニア レコーディング メディアなど) でストリーミングするための 4 つのATMデータ パケットで 1 つのデータ パケットを送信するように設計されたデータ パケット形式です。このような伝送媒体では、ストリームの開始と終了が識別されない場合があります。このような伝送媒体の例には、ATSC / DVB / ISDB / SBTVD放送、テープへのHDVレコーディングなどがあります。もう 1 つはプログラム ストリームで、 MPEG-1コンテナ形式の拡張バージョンであり、トランスポート ストリームよりもオーバーヘッドが少なくなっています。プログラム ストリームは、ハード ディスク ドライブ、光ディスク、フラッシュ メモリなどのランダム アクセス ストレージ メディア用に設計されています。
トランスポート ストリームファイル形式には、Blu-rayディスクで使用されるM2TS 、再書き込み可能な DVD のAVCHD 、コンパクト フラッシュカードのHDV などがあります。プログラム ストリームファイルには、DVDのVOBと、短命のHD DVDの拡張 VOBがあります。標準の MPEG-2トランスポート ストリームには、188 バイトのパケットが含まれます。M2TS は、各パケットの先頭に、2 ビットのコピー許可インジケーターと 30 ビットのタイムスタンプを含む 4 バイトを追加します。
ISO は、 MPEG-2 フォーマット識別子の登録機関として「SMPTE Registration Authority, LLC」を認可しました。MPEG-2 トランスポートの登録記述子は、ISO/IEC 13818-1 によって提供され、そのフォーマットが必ずしも国際標準として認められていない場合でも、標準のユーザーが明確にデータを伝送できるようにします。この規定により、MPEG-2 トランスポート標準は、基礎となるプライベート データの特性を明確に識別する方法を提供しながら、あらゆる種類のデータを伝送できるようになります。[4]
ビデオ
MPEG-2 Part 2 (ISO/IEC 13818-2 および ITU-T Rec. H.262) は、ビデオというタイトルで、以前のMPEG-1 Part 2標準に似ていますが、アナログ放送テレビ システムで使用される形式であるインターレース ビデオのサポートが追加されています。MPEG-2 ビデオは、特に標準解像度で 1 Mbit/s 未満の低ビット レートには最適化されていません。すべての標準準拠の MPEG-2 ビデオ デコーダーは、制約付きパラメーター ビットストリーム (CPB) 制限に準拠した MPEG-1 ビデオ ストリームを完全に再生できます。
いくつかの機能強化により、MPEG-2ビデオとシステムは一部のHDTV伝送システムでも使用され、無線ATSCデジタルテレビの標準フォーマットとなっています。[5]
オーディオ
MPEG-2はMPEG-1と比較して新しいオーディオエンコード方式を導入しています。[6]
MPEG-2 パート 3
MPEG-2 Part 3 (ISO/IEC 13818-3) は、オーディオと題され、 2チャンネル以上、最大5.1マルチチャンネルのオーディオプログラムのコーディングを可能にすることで、 MPEG-1のオーディオを強化しています。この方法はMPEG-1と下位互換性があり、MPEG-1オーディオデコーダーはプレゼンテーションの2つの主要なステレオコンポーネントをデコードできます。[7]この拡張機能は、 MPEGマルチチャンネルまたはMPEG-2 BC (下位互換性)と呼ばれます。 [8] [9] [10] [11]
MPEG-2パート3では、MPEG-1オーディオレイヤーI、II、IIIの追加のビットレートとサンプリングレートも定義されています。[12]この拡張は、新しいサンプリングレートがMPEG-1で定義されているサンプリングレート（32、44.1、48kHz）の半分の倍数（16、22.05、24kHz）であるため、MPEG-2 LSF（低サンプリング周波数）として知られています。
MPEG-2 パート 7
MPEG-2パート7（ISO/IEC 13818-7）の「Advanced Audio Coding（AAC）」は、かなり異なる、下位互換性のないオーディオフォーマットを規定しています。[10]このフォーマットは、一般的にはAdvanced Audio Coding（AAC）と呼ばれていますが、元々はMPEG-2 NBC（下位互換性なし）と呼ばれていました。[8] [9] [13]
AACは以前のMPEGオーディオ規格よりも効率的であり、ハイブリッドフィルタバンクを持たない点で、その前身であるMPEG-1 Part 3 Audio Layer 3よりもいくつかの点で複雑ではありません。8〜96kHzのサンプリングレートで1〜48チャンネルをサポートし、マルチチャンネル、多言語、マルチプログラム機能を備えています。[6]
AAC はMPEG-4 Part 3でも定義されています。[要出典]
MPEG-2 パーツ
MPEG-2 規格は「パート」として公開されています。各パートは仕様全体の特定の側面をカバーしています。
歴史
MPEG-2 は MPEG-1 の欠点を補って進化しました。
MPEG-1 の既知の弱点:
- 2チャンネル（ステレオ）に限定されたオーディオ圧縮システム
- インターレースビデオに使用すると圧縮率の低いインターレースビデオの標準化されたサポートがない
- 標準化された「プロファイル」は制約パラメータ ビットストリーム (CBP) のみで、高解像度のビデオには適していませんでした。MPEG-1 は 4K ビデオをサポートできましたが、高解像度のビデオをエンコードする簡単な方法はなく、そのようなハードウェアの制限が定義されていなかったため、それをサポートできるハードウェアを識別する方法もありませんでした。
- 1つのクロマサブサンプリングのみをサポート、4:2:0
NTTの大久保栄氏は、H.262/MPEG-2パート2ビデオコーディング規格の開発におけるITU-Tコーディネータであり、 MPEG-2規格セットのMPEG要件委員長であった。 [27] MPEG-2技術の基礎となる特許の大部分は、ソニー（311件）、トムソン（198件）、三菱電機（119件）の3社が所有している。[28]現代電子（現SKハイニックス）は、1995年に最初のMPEG-2 SAVI（システム/オーディオ/ビデオ）デコーダーを開発した。[29]
ファイル名拡張子
.mpg、.mpeg、.m2v、.mp2、.mp3は、MPEG-1または MPEG-2 オーディオおよびビデオ ファイル形式 に使用されるファイル名拡張子の一部です。
ファイル拡張子MP3 (正式にはMPEG-1 Audio Layer IIIまたはMPEG-2 Audio Layer III ) は、主にドイツのFraunhofer Societyが米国およびその他の地域のデジタル科学者の支援を受けて 開発したデジタル オーディオのコーディング形式です。
アプリケーション
DVDビデオ
DVD -Video規格では MPEG-2 ビデオが使用されますが、いくつかの制限があります。
- 許容寸法
- 720 × 480、704 × 480、352 × 480、352 × 240 ピクセル (NTSC)
- 720 × 576、702 × 576、352 × 576、352 × 288 ピクセル (PAL)
- 許可されるアスペクト比（ディスプレイ AR）
- 4:3 (レターボックス ワイドスクリーンおよび非ワイドスクリーン フレーム用)
- 16:9 (アナモフィックワイドスクリーン用[dvdaspect 1] )
- ^ 1.85:1や2.35:1などは、DVDの有効なアスペクト比としてよく挙げられますが、これはレターボックススタイルのパディングで16:9の画像を作成する、より広いフィルムアスペクト比です。
- 許容フレームレート
- 29.97 インターレース フレーム/秒 (NTSC)
- 23.976 プログレッシブ フレーム/秒 (NTSC 2:3 プルダウンの場合は 29.97 [dvdrates 1] )
- 25 インターレース フレーム/秒 (PAL)
- ^ エンコードされた画像のヘッダーに REPEAT_FIRST_FIELD フラグのパターンを使用すると、2 フィールドまたは 3 フィールドの画像を表示でき、ほぼすべての画像表示レート (フレーム レートの最小 ⅔) を実現できます。これは、NTSC で 23.976 (フィルム レートにほぼ相当) のビデオを表示する場合に最もよく使用されます。この仕組みの詳細については、テレシネを参照してください。
- オーディオ + ビデオ ビットレート
- ビデオピーク 9.8 Mbit/s
- 合計ピーク 10.08 Mbit/s
- 最低 300 kbit/s
- YUV4:2:0
- 追加字幕も可能
- クローズドキャプション（NTSCのみ）
- オーディオ
- 線形パルス符号変調(LPCM): 48 kHz または 96 kHz、16 ビットまたは 24 ビット、最大 6 チャネル (ビットレートの制約により、すべての組み合わせが可能なわけではありません)
- MPEG レイヤー 2 (MP2): 48 kHz、最大 5.1 チャンネル (PAL プレーヤーのみ必要)
- ドルビーデジタル（DD、AC-3とも呼ばれる）：48 kHz、32～448 kbit/s、最大5.1チャンネル
- デジタル シアター システム(DTS): 754 kbit/s または 1510 kbit/s (DVD プレーヤーの準拠には必要ありません)
- NTSC DVD には、少なくとも 1 つの LPCM または Dolby Digital オーディオ トラックが含まれている必要があります。
- PAL DVD には、少なくとも 1 つの MPEG Layer 2、LPCM、または Dolby Digital オーディオ トラックが含まれている必要があります。
- プレーヤーは 2 チャンネルを超えるオーディオを再生する必要はありませんが、マルチチャンネル オーディオを 2 チャンネルにダウンミックスできる必要があります。
- GOP 構造 (Group Of Pictures)
- シーケンスヘッダーは各GOPの先頭に存在する必要があります
- GOPあたりの最大フレーム数: 18 (NTSC) / 15 (PAL)、つまり0.6秒
- マルチアングルDVDにはクローズドGOPが必要
高解像度
HDV は、高解像度の MPEG-2 ビデオを DV カセット テープに記録および再生するための形式です。
MODとTOD
MOD と TOD は、消費者向けデジタル ファイル ベースのビデオカメラで使用するための記録形式です。
動画
XDCAM は、プロフェッショナルなファイルベースのビデオ録画形式です。
動画
DVB標準における MPEG-2 ビデオのアプリケーション固有の制限:
SDTVで許可される解像度:
- 720、704、544、528、480、または 352 × 480 ピクセル、24/1.001、24、30/1.001、または 30 フレーム/秒
- 352 × 240 ピクセル、24/1.001、24、30/1.001 または 30 フレーム/秒
- 720、702、544、528、480、または352 × 576ピクセル、25フレーム/秒
- 352 × 288 ピクセル、25 フレーム/秒
HDTVの場合:
- 720 x 576 x 50 フレーム/秒 プログレッシブ (576p50)
- 1280 x 720 x 25 または 50 フレーム/秒プログレッシブ (720p50/720p50)
- 1440 または 1920 x 1080 x 25 フレーム/秒プログレッシブ (1080p25 = フィルム モード)
- 1440 または 1920 x 1080 x 25 フレーム/秒インターレース (1080i50)
ATSC
米国で使用されている ATSC A/53 規格は、メイン プロファイル @ ハイ レベル (MP@HL) で MPEG-2 ビデオを使用しますが、放送テレビの場合は最大ビットレートが 19.39 Mbit/s、ケーブル テレビの場合は 38.8 Mbit/s、クロマ サブサンプリング形式が 4:2:0、色彩測定情報が必須などの追加の制限があります。
ATSC では、次のビデオ解像度、アスペクト比、フレーム/フィールド レートが許可されます。
- 1920 × 1080 ピクセル (16:9、正方形ピクセル)、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、59.94i。
- 1280 × 720 ピクセル (16:9、正方形ピクセル)、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、または 23.976p
- 704 × 480 ピクセル (4:3 または 16:9、非正方形ピクセル)、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、または 59.94i
- 640 × 480 ピクセル (4:3、正方形ピクセル)、60p、59.94p、30p、29.97p、24p、23.976p、60i、または 59.94i
ATSC 標準 A/63 は、50 Hz (PAL) 信号の追加解像度とアスペクト レートを定義します。
ATSC 仕様と MPEG-2 では、インターレース ビデオ シーケンス内でもプログレッシブ フレームを使用できます。たとえば、1080i60 ビデオ シーケンスを送信する放送局では、60 フィールドを 24 のプログレッシブ フレームでコーディングし、メタデータでデコーダーにインターレースを指示して、表示前に 3:2 プルダウンを実行するコーディング方法を使用できます。これにより、放送局は、MPEG-2 シーケンスを終了したり、テレビがフォーマットを切り替えるときに数秒の遅延を発生させたりすることなく、60 Hz インターレース (ニュース、メロドラマ) と 24 Hz プログレッシブ (ゴールデン タイム) コンテンツを切り替えることができます。これが、ATSC 仕様で許可されている 1080p30 および 1080p24 シーケンスが実際には使用されていない理由です。
1080 ライン形式は、1920 × 1088 ピクセルの輝度マトリックスと 960 × 540 の色差マトリックスでエンコードされますが、最後の 8 ラインは MPEG-2 のデコードおよび表示プロセスによって破棄されます。
ATSC A/72 は、デジタルテレビの ATSC 規格の最新改訂版であり、H.264/AVC ビデオ コーディング形式と 1080p60 信号の使用を可能にします。
MPEG-2 オーディオは、 DTV「グランド アライアンス」の激戦中に ATSC 標準の候補となりましたが、ドルビー AC-3に敗れました。
ISDB-T
ATSC の MPEG-2 の技術的特徴はISDB-Tにも当てはまりますが、主な TS では、ビデオ用にMPEG-4 H.264 AVC、オーディオ用にAAC -LC で圧縮された、主にワンセグと呼ばれるモバイル デバイス向けの 2 番目のプログラムが集約されている点が異なります。
ブルーレイ
MPEG-2 は、Blu-ray ディスクでサポートされている 3 つのビデオ コーディング形式の 1 つです。初期の Blu-ray リリースでは通常 MPEG-2 ビデオが使用されていましたが、最近のリリースではほぼ常に H.264が使用され、場合によってはVC-1 が使用されています。サポートされているのは MPEG-2 ビデオ (MPEG-2 パート 2) のみで、Blu-ray は MPEG-2 オーディオ (パート 3 および 7) をサポートしていません。また、Blu-ray ディスクで使用されるコンテナー形式は、使用されているオーディオ コーデックとビデオ コーデックに関係なく、MPEG-2 トランスポート ストリームです。
特許プール
2024年1月3日現在、MPEG-2の特許は世界中で失効しているが、マレーシアのみ例外で、マレーシアの最後の特許は2035年に失効する予定である。[30]米国の最後の特許は2018年2月23日に失効した。[31] [32]
民間の特許ライセンス組織であるMPEG LAは、20社を超える企業と1つの大学から、 MPEG-2技術の使用に「不可欠」であると主張する約640件の世界中の特許の特許プールのライセンス権を取得しました。特許保有者には、ソニー、三菱電機、富士通、パナソニック、サイエンティフィック・アトランタ、コロンビア大学、フィリップス、ゼネラル・インストゥルメンツ、キヤノン、日立、JVCケンウッド、LGエレクトロニクス、NTT、サムスン、三洋、シャープ、東芝が含まれていました。[33] [34]ソフトウェアの特許性が認められ、特許が失効していない場合（マレーシアのみ）、MPEG-2の使用には特許保有者へのライセンス料の支払いが必要です。その他の特許はAudio MPEG, Inc.によってライセンスされました。[35]標準規格の開発自体は、特許交渉よりも時間がかかりませんでした。[36] MPEG-2プールにおける必須特許保有者と周辺特許保有者間の特許プールはウィスコンシン大学の研究対象であった。[37]
MPEG-2ライセンス契約によれば、有効な特許を持つ国（マレーシア）でのMPEG-2技術の使用にはロイヤリティが課せられる。[ 38 ] MPEG-2エンコーダーとデコーダーには、1台あたり0.35ドルが課せられる。[38]また、パッケージ化されたメディア（DVD/データストリーム）には、録画/放送の長さに応じたライセンス料が課せられる。ロイヤリティは以前は高額だったが、数回にわたり引き下げられており、最近では2018年1月1日に引き下げられた。[38] MPEG-2特許プールに対する以前の批判は、2013年6月までに特許数が1,048件から416件に減少したにもかかわらず、ライセンス料がMPEG-2特許の満了率に応じて下がっていないというものだった。[39] [40] [41]
特許権者
MPEG LAに記載されているように、以下の組織が MPEG-2 の特許を保有しています。米国の MPEG-2 特許一覧も参照してください。
参照
参考文献
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外部リンク
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- MPEG-2 の概要 (図は失われています)
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- MIT 6.344 2005-11-05 にWayback Machineにアーカイブされました- MIT でのビデオ圧縮に関する講義のスライド。
- 離散コサイン変換チュートリアル 2008-05-28 にWayback Machineにアーカイブされました
- IPTV MPEG とエクスペリエンス品質のテスト
- OpenIPMP: MPEG-2 向けオープンソース DRM プロジェクト
- ISO/IEC 13818 - ISO ストアの MPEG-2
- MPEG - MPEG リファレンスブックのリスト
- 推奨プラクティス: ATSC デジタルテレビ規格の使用ガイド (訂正番号 1 を含む)